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1、授课老师:郭瑞莲2013-02,汽 车 电 子 技 术,1.1汽车电子技术的发展状况1.2汽车电子技术的一般组成1.3汽车电子技术基础知识,第一章 概 述,节省能源 保护环境安全性舒适性智能性,一.汽车电子控制的必要性,汽车数量的发展带来以下要求：,采用电子控制技术可以根据汽车所处的实际工况相应进行实时控制。,1.1 汽车电子技术的发展状况,2012年中国汽车产销双超1800余万辆,连续3年蝉联全球第一,2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010/年,柴油机排放法规进程,排放法规日趋严格：,减少汽车修复时间节油减少空气污染减少交通事故提高
2、乘坐舒适性,汽车电子技术应用的优点：,二.汽车电子技术的发展历史,第一阶段：1974年以前 特征：初级阶段 产品：汽车收音机、交流发电机、电子点火器等；第二阶段：1974年1982年 特征：迅速发展阶段（模拟集成电路、16位单片机）产品：EFI、EPS、ECT、ABS、SRS第三阶段：1982年1990年 特征：汽车电子控制技术日趋成熟阶段 产品：动力总成集中控制系统、整车集中控制第四阶段：1990年今 特征：汽车电子控制技术向智能化发展的高级阶段 产品：汽车通讯与导航、汽车总线,汽车电子技术发展趋势,新技术:传感器技术微处理技术多通道传输技术数据传输载体方面的电子新技术应用汽车车载电子网络,
3、1.发动机的电子技术,三.汽车发展中的新技术,车用计算机对发动机的控制是比较全面的，包括对供油系统(喷油量、喷油定时、燃油停供、燃油泵等)、点火系(点火提前角、触点闭合角、爆震等)，以及对进气、怠速、排放等的控制。汽车电子控制系统的输入信号由转速、温度、压力、流量、废气含氧量、爆震等多种传感器提供。计算机对这些信息进行计算、分析、修正后，输出一系列指令，通过执行器实现对发动机可燃气混合比、点火正时、怠速、爆震、增压、废气净化等的自动控制。,1）汽油机供油及点火的控制技术 控制目标：空燃比、点火时间、怠速,汽油喷射式燃油供给系统,优点 1)能根据发动机工况的变化供给最佳空燃比的混合气；2)供入各
4、气缸内的混合气，其空燃比相同，数量相等；3)由于进气管道中没有狭窄的喉管，因此进气阻力小；充气性能好。,动力性,经济性,排放性,电子点火技术,电子点火系统优点,2）EGR电子控制技术,有效的降低NOx排放,ECU控制的开环控制EGR系统工作过程,3)电控废气涡轮增压系统,德国FEV电磁控制全可变气门机构,福特ECV无凸轮电控液压可变配气机构,无凸轮结构,链张紧器,凸轮轴正时齿轮总成,No.2 凸轮轴,凸轮轴,凸轮轴正时链齿轮,气门挺杆,VVT-i(智能可变气门正时)Variable Valve Timing,4)可变配气相位机构,可变配气相位控制系统VTEC,中凸轮升程最大，次凸轮升程最小。主
5、凸轮的形状适合发动机低速时单气门工作的配气相位要求；中凸轮的形状适合发动机高速时双进气门工作的配气相位要求。,丰田的VVT-i发动机,本田的i-VTEC发动机,5）缸内直喷汽油发动机（DFI）,缸内直喷式汽油机(GDI),经电控系统，进气冲程开始第一次喷油，形成稀薄均质混合物，第二次喷油在压缩上死点前形成混合气分层供给，然后点火燃烧。优点：改善冷起动HC和Co排放；降低PM排放；抑制爆震。,6）进气电子控制技术,ACIS（谐振控制进气系统）：改变进气歧管的有效长度，提高从低速到高速的所有转速范围内的动力性。,当发动机中、低速运转时，电脑发出指令，转换阀控制机构关闭转换阀，此时空气沿着左图箭头所
6、示的路径，经过细而长的进气歧管进入气缸，使进气增多；当发动机高转速时，转换阀开启，空气沿右上角图中箭头所示的路径，经过粗而短的进气歧管进入气缸，使进气增多。,1）自动变速器技术,电控有级式变速,2.底盘系统电子控制技术,2）安全制动的电子技术（ABS）,3）自动油压悬挂技术,4）汽车空调的电子技术,5）汽车安全气囊的电子控制（SRS）,SRS控制电路,汽车智能运输系统：由人、车辆、道路和信息组成,汽车智能运输系统的功能,6）汽车的电子通信技术,信息服务系统,交通管理系统,电子收费系统,地下停车场,车站,公交优先系统,交通管制中心,交通支援系统,7）汽车GPS导航技术,汽车导驶系统信息装置的控制
7、 汽车导驶系统(又称汽车导向行驶系统)是指通过汽车内的导驶信息装置显示地图、汽车位置、运动轨迹、目的地方向和距离等，从而为引导汽车行驶提供大量信息的系统。该系统作用：可在城市或公路网范围内，定向选择最佳行驶路线；能在屏幕上显示地图，表示汽车行驶中的位置，以及到达目的地的方向和距离；如与交通信息系统相结合，能提供交通动态情况；还可以提供天气预报等信息。,8）车内CAN总线技术,GDI-HPDI,LPDI,CVT(Continuosusly Variable Transmission,1.2 汽车电子控制的一般组成,一.控制装置和电控系统,组成：传感器、执行器、ECU,电量,电量,电量,汽车电子控
8、制系统,控 制：支配、管理；控 制 量：被控制的物理量（控制目标）；操 作 量：为调节控制量而进行操作的物理量（电量）；控 制 对 象：输入端有操作量，输出端有控制量的物理对象；控 制 装 置：传感器、执行器、ECU；开 环 控 制：闭 环 控 制：自学习控 制：,二.几个基本概念,开环控制定义：,较简单的控制系统常采用所谓开环控制，它只是由控制装置改变被控对象的状态。在这种控制中，系统的输出量对系统的控制作用没有影响，既不需要对输出量进行检测，也不需要将输出量反馈到系统输入端与输入量进行比较。当发出控制指令后，控制对象便开始工作，但系统不能自动检测控制对象是否按控制指令的要求进行工作。,举例
9、：对汽油喷射系统的控制，事先把根据试验确定的发动机各种工况的最佳喷油系数，存放在ECU的存储器中。当发动机运转时，ECU在接收系统中各种传感器传来的信号后，经过处理，判断发动机运转工况，计算出最佳的喷油量，并根据计算结果控制喷油器的喷油时间，以精确地控制混合气的空燃比，使发动机在接近理想空燃比下运转。,开环控制过程：,闭环,所谓闭环控制，是指通过反馈环节将控制对象的输出信号引回到输入端，与ECU中存储的设定值相比较，求出偏差值，将此差值信号再去控制被控对象的输出信号，其传输途径形成一个闭合环路。由于闭环控制是通过反馈来实现的，所以也叫作反馈控制。,闭环控制定义：,闭环控制过程：,在闭环控制中，
10、传感器用于检测指令信息、外界变化信息以及被控对象的状态信息，并将其转换成电信号输给控制装置。控制装置则计算出被控对象的当前状态(称为被控量，或系统的输出量)与所希望的状态(称为输入信号)之差。并根据这一偏差(称为误差信号)，按一定规律产生出控制信号，然后经过放大，送给执行器。执行器用于驱动被控对象运动，直到它的状态达到所希望的状态为止。这种把系统的输出或系统的另外一些受控变量与系统的输入作比较后，形成的控制称为闭环控制。,例如，对发动机空燃比的控制，是通过安装在排气管上的氧传感器，根据排气中氧含量的变化，检测出进入发动机的混合气的空燃比值，并把它反馈输入ECU中，与设定的空燃比相比较，求出误差
11、信号，控制喷油时间，使空燃比值保持在理想值附近。因此，闭环控制可以消除发动机性能差异或因喷油器磨损、老化等引起的性能变化，其工作稳定性好，并可达到较高的控制精度。,闭环控制举例：,空燃比开环控制系统举例：,控制原则：根据发动机所处工况，按事先规定的喷油量大小来控制发动机的空燃比;控制原理：传感器信号ECU喷油器；特 点：空燃比的控制结果对ECU来讲是未知的；,节气门位置传感器进气流量传感器转速传感器进气温度传感器水温传感器,ECU,喷油器,发动机,控制原则：根据发动机所处工况，按一定的控制策略大小来控 制发动机的空燃比;控制原理：传感器信号ECU喷油器；特 点：ECU可根据空燃比的实际控制结果
12、对喷油量进行调节。,节气门位置传感器进气流量传感器转速传感器进气温度传感器水温传感器,ECU,喷油器,发动机,空燃比闭环控制系统,空燃比/氧传感器,补充-自学习控制：,自学习控制系统也是一种闭环控制系统，它具有辨识、判断、积累经验和学习的功能。在控制系统的特性事先不能确切知道，或不能确切地用数学方法描述时，采用自学习控制可以在工作过程中不断地测量、估计系统的特性，并决定最优控制方案，实现性能指标最优控制。这种控制方法在新型轿车的电控系统中应用越来越多。,特点：学习修正量始终储存在ECU的存储器中，即使在点火开关断开时也不消除。当下一次这种运转工况出现时，就能根据此学习修正量对空燃比偏差进行修正
13、。,空燃比的自学习控制过程,例如：由于某种原因，流过空气流量传感器的空气量减少，将造成实际空燃比偏离理论空燃比，致使混合气偏浓，假若实际空燃比较理论空燃比浓10，则进行反馈控制时其反馈修正值的中心位置为0.9的位置(即减少10)，此时相当于实际空燃比偏离理论空燃比0.1若使反馈修正值的中心回到理论空燃比1.0的位置上，根据空燃比中心值的偏离量，即可确定自学习控制修正值约为0.9。ECU求出自学习修正值后，将该值存人存储器中，在以后使用过程中，把符合当前条件的自学习修正值，都反映到喷射时间上，做到持续进行修正。因为自学习控制修正值能随运转条件变化立即反映出来(反映到喷射时间上)，所以提高了过渡工
14、况运转的空燃比控制精度。,自学习控制举例：,电子控制单元的构成及功能,电子控制单元ECU(Electronic Control Unit)是一种电子综合控制装置，又称车用计算机，它包括硬件与软件两部分。硬件是计算机系统中所有实际装置的总称，它由输入接口、微型计算机(微机)、输出接口等构成，如图所示。软件是相对硬件而言的，它主要包括ECU运行所需的各种程序、基本数据以及一些工况修正系数的数据储存等。基本数据是通过大量试验获得的，是满足微机控制汽车的各种性能的最重要的保证。软件中所编制的一系列程序，应能满足功能强、运算处理迅速、控制准确、实时性强与效率高等多方面的要求。,输入接口,AD转换器 在汽
15、车电子控制系统中，最主要的输入接口是传感器接口。而从传感器中输入的参数往往是连续变化的模拟量，如温度、压力、流量、位移量等。模拟量不能送入微机进行运算，而必须把模拟量转换成二进制数码表示的数字信号，才能送到微机中进行算术或逻辑运算。能够将模拟量转换成数字量的器件称为模、数转换器。由于传感器输出的信号有模拟信号和数字信号，而微机只能接受数字信号一种形式，所以传感器输入的模拟信号要经过相应的处理电路后，再经过A/D转换器转换，才以数字量的形式送入中央处理器CPU.,输入接口,1.3 汽车发动机电子控制技术的基础知识,一.A/F及影响,理论A/F=14.7功率A/F=12经济A/F=16,1、空燃比
16、与发动机动力性及经济性的关系,功率空燃比：火焰燃烧速度快，燃烧压力高，发出功率最大；经济空燃比：保证燃料完全燃烧；,2、空燃比与排气成分的关系,汽油成分：碳氢化合物,完全燃烧物：CO2，H2O 不完全燃烧物：CO，HC，NOX,生成机理（复习）：,1）简述汽油机汽车的主要排放物？,2）简述CO在汽油机中的生成原因？,3）简述HC在汽油机中的生成原因？,4）简述NOX在汽油机中的生成原因？,1）简述汽油机汽车的主要排放物？,汽油机汽车排放物的主要来源1-蒸发排放（HC）2-曲轴箱排放（HC、CO）3-蒸发排放（HC）4-尾气排放（CO、HC、NOX）5-曲轴箱排放（HC、CO）,一氧化碳CO是碳
17、氢燃料在燃烧过程中生成的重要的中间产物，局部缺氧或低温下产物。,2）简述CO在汽油机中的生成原因？,或者在高温条件下，CO2和H2O发生热离解反应而生成CO，其反应为：,而且反应生成的H2又可能使CO2重新还原生成CO，有：,汽油机排气中的碳氢化合物HC的生成机理有：壁面火焰淬熄狭隙效应燃料不完全燃烧润滑油膜和积碳的吸收和解吸等。,3）简述HC在汽油机中的生成原因？,生成NO的因素有三个：1)温度 高温时，NO的平衡浓度高，生产速率也大。在氧充足时，温度是生成NO的重要因素。2）氧浓度 在高温条件下，氧的浓度是生成NO的重要因素。在氧浓度低时，即使温度高，NO的生成也受到抑制。3）反应滞留时间
18、 由于NO的生成反应比燃烧反应慢，所以即使在高温下，如果反应停留的时间段，则NO的生成量也受到限制。,4）简述NOX在汽油机中的生成原因？,A/F影响CO形成A/F影响HC形成 燃烧温度及A/F（氧的浓度）影响NOX 形成,2、空燃比与排气成分的关系,氧浓度增加，但燃烧温度先增高后降低,3、理想发动机的空燃比要求,1/4负荷以下：汽缸充气量下降，压缩压力和压缩温度变小，燃烧不稳定，需要加浓混合气。,冷启动：缸内温度低，汽油难于汽化，需要加浓混合气。,1/4-3/4 负荷：燃烧稳定，需要经济混合气。,3/4以上负荷：需要功率空燃比。,二.点火时间及影响,复习：发动机对点火系的要求：,能产生足以击
19、穿火花塞电极间隙的电压（0.81万伏；起动1.7万伏；大于2.8万伏）,火花应具有足够的能量,具有最佳点火提前角（点火时刻）,二.点火时间及影响,1、缸内点火压力的变化,缸内点火压力的变化,最佳点火时间：活塞达上止点时，火焰达大半个燃烧室。（燃烧最大压力出现在上止点10o左右，发动机发出最大功率）过大，混合气压力尚未充分上升，着火延迟时间变大，压缩功增大，热损失增大，爆震（敲缸）减小，活塞下行时混合气才燃烧，汽缸内压力降低，后燃增加，热损失增大。,2、排气成分与点火时间的关系,点火提前角增大，HC、NOX增加；增大，燃烧废气温度高；爆震；减小，燃烧废气温度低，后燃增加，HC、NOX降低。,3、影响最佳点火提前角的因素,发动机转速：转速高，增大；负荷：负荷增大，混合气增多，燃烧速度加快，减小；汽油辛烷值：低牌号，减小，以防爆震；进气压力：进气压力减小，混合气雾化变坏，燃烧速度变慢，增大；冷却水温：水温低，增大；水温高，为降低排放，降低。,空燃比：最佳点火提前角呈二次曲线变化（与燃烧速度有关）,点火提前角,空燃比,燃烧速度,空燃比,闭合角的控制理想的闭合角应随着发动机转速的增加而增加。,恒流控制,其它控制:,小结,汽车电子控制技术的应用与发展汽车电子控制系统的概述汽车发动机电子控制技术的基础知识,
